Электрогидравлическая система управления

Электрогидравлическая система управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электрогидравлическим системам управления (ЭГСУ) скоростью перемещения инерционной нагрузки, соединенной с выходом исполнительного гидродвигателя, по заданному алгоритму перемещения, например электрогидравлическим системам подъема и опускания антенн мобильных радиолокационных станций.

Известен электрогидравлический привод, управляемый по способу регулирования скорости (Патент РФ №2271479, кл. F15В 9/03, 2004), содержащий исполнительный гидродвигатель, регулируемый насос и золотниковый механизм с регулируемой проводимостью дросселирующих окон для регулирования положения выходного вала гидродвигателя, причем в качестве управляющего элемента золотника использован электромеханический элемент, а для обеспечения качества регулирования использован датчик положения золотника и датчик положения вала гидродвигателя.

Недостатками данной системы являются повышенная сложность конструкции и, как следствие, недостаточная надежность.

Известна электрогидравлическая система управления (Патент РФ №2272181, кл. F15В 9/04, 2006). По технической сущности эта система наиболее близка к заявляемому техническому решению и принята за прототип.

Прототип (фиг.1) содержит гидробак, насос переменной производительности, блок управления, релейный гидрораспределитель, дросселирующий гидрораспределитель, блок задания скорости, исполнительный гидродвигатель, причем первый выход блока управления соединен с управляющим входом насоса, второй и третий выходы блока управления электрически соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, вход блока управления электрически соединен с выходом устройства задания скорости, выход насоса соединен с входом релейного гидрораспределителя и с управляющим входом дросселирующего гидрораспределителя, выходы релейного гидрораспределителя соединены с входами исполнительного гидродвигателя, сливная линия релейного гидрораспределителя соединена с напорным входом дросселирующего гидрораспределителя, выход дросселирующего гидрораспределителя соединен с гидробаком.

В прототипе изменение расхода насоса осуществляется по одной из двух предлагаемых структур:

- насос переменной производительности с электрогидравлическим управлением люльки насоса и нерегулируемый приводной двигатель;

- насос постоянной производительности и регулируемый приводной двигатель.

В случае использования регулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности возможны варианты применения электродвигателя постоянного или переменного тока. При небольших мощностях привода более оптимальным является вариант регулирования скорости двигателя постоянного тока, например, за счет включения в цепь якоря двигателя ключа, работающего в ШИМ режиме. Однако, как правило, допускаемые параметры сети постоянного тока в мобильных объектах ограничивают применение мощных энергопотребителей, в связи с чем условия применения электродвигателей постоянного тока ограничено. Применение электродвигателей постоянного тока в таких объектах становится нецелесообразным при мощностях более 2÷3 кВт, что соответствует потребляемым токам 50÷100 А. При данных токах существенно увеличивается сечение проводов, размеры входных интерфейсов, ухудшается качество электроэнергии в бортсети, возникают проблемы электромагнитной совместимости с другими системами комплекса.

Использование регулируемого 3-фазного электродвигателя переменного тока приводит к существенному усложнению схемы управления электродвигателем по сравнению с вариантом на постоянном токе, поскольку регулирование должно осуществляться по всем трем фазам. При этом для уменьшения высокочастотных помех в сети переменного тока должны быть применены достаточно мощные фильтры, что в совокупности с усложненной схемой управления приводит к значительному увеличению габаритов блока управления. Усложнение схемы управления соответствующим образом сказывается на надежности привода.

В случае использования насоса переменной производительности с электрогидравлическим управлением люльки недостатком является наличие достаточно сложного контура управления, а сам насос из-за своей конструкции является элементом ненадежности. Из опыта эксплуатации известна интенсивность отказов регулируемого насоса с электрогидравлическим управлением λ≈30·10^-6 1/ч и интенсивность отказов шестеренного насоса λ≈13·10^-6 1/ч. При сравнении интенсивностей отказов видно, что регулируемый насос имеет существенно более низкую надежность.

Таким образом, общими недостатками прототипа в двух вариантах исполнения насосной установки являются сложность конструкции, что негативно сказывается на надежности всей системы в целом, увеличение габаритов блока управления при увеличении мощности привода, а также ограниченная область применения таких систем.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности и удельной мощности системы при обеспечении приемлемых массогабаритных характеристик для мобильных радиолокационных станций.

Указанная цель достигается тем, что в ЭГСУ, содержащую гидробак, исполнительный гидродвигатель, блок управления, блок задания скорости, трехпозиционный гидрораспределитель, насосную установку, при этом первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, выход блока задания скорости соединен с входом блока управления, выход насосной установки гидролиниями соединен с напорным входом релейного гидрораспределителя, вход насосной установки соединен с гидробаком, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с первым входом исполнительного гидродвигателя, введены переливной клапан, дросселирующий управляемый электрогидрораспределитель, гидрозамок, причем в блок управления введен каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем, а насосная установка состоит из нерегулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности, вход переливного клапана соединен с выходом насоса постоянной производительности и гидробаком, а выход переливного клапана соединен с входом насоса постоянной производительности, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с управляющим входом гидрозамка, сливная линия релейного гидрораспределителя гидролинией соединена с гидробаком, второй выход релейного гидрораспределителя соединен с входом дросселирующего управляемого электрогидрораспределителя, выход которого соединен с входом гидрозамка, выход гидрозамка соединен со вторым входом гидродвигателя, третий выход блока управления соединен с управляющим входом дросселирующего управляемого электрогидрораспределителя.

Материалы заявки поясняются следующими графическими материалами, где

на фиг.1 изображена блок-схема прототипа;

на фиг.2 изображена блок-схема заявляемого устройства;

на фиг.3 представлен вариант структуры блока управления.

Электрогидравлическая система управления (фиг.2) состоит из гидробака 1, переливного клапана 2, релейного гидрораспределителя 3, насосной установки, содержащей насос постоянной производительности 4 и нерегулируемый приводной двигатель (не показан), блока управления 5, исполнительного гидродвигателя 6, блока задания скорости 7, дросселирующего управляемого электрогидрораспределителя 8, гидрозамка 9, причем выход насоса 4 гидравлически соединен с переливным клапаном 2 и напорным входом релейного гидрораспределителя 3, первый выход блока управления 5 электрически соединен с управляющим входом дросселирующего электрогидрораспределителя 8, второй выход блока управления 5 электрически соединен с первым управляющим входом релейного гидрораспределителя 3, третий выход блока управления 5 электрически соединен со вторым управляющим входом релейного гидрораспределителя 3, первый выход релейного гидрораспределителя 3 гидравлически соединен с первым входом исполнительного гидродвигателя 6 и управляющим входом гидрозамка 9, второй вход исполнительного гидродвигателя 6 гидролинией соединен с выходом гидрозамка 9, вход гидрозамка 9 гидравлически соединен с первым выходом дросселирующего электрогидрораспределителя 8, вход которого гидролинией соединен со вторым выходом релейного гидрораспределителя 3, сливная линия релейного гидрораспределителя 3 гидролинией соединена с всасывающей магистралью насоса 4 и гидробаком 1.

Электрогидравлическая система управления скоростью перемещения инерционной нагрузки работает следующим образом.

После включения нерегулируемого приводного двигателя (не показан), например электродвигателя, кинематически связанный с ним насос 4 создает постоянный расход. Находясь в исходном положении, релейный гидрораспределитель 3 создает гидролинию с небольшим гидравлическим сопротивлением от насоса 4 до гидробака 1. При появлении электрического сигнала от блока задания скорости 7 блок управления 5 (фиг.3), включающий в себя блок питания 11, каскады включения релейного гидрораспределителя 12, функциональный преобразователь 13, а также каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем 10, представляющий собой согласующий усилитель и преобразователь ШИМ, вырабатывает по заданному алгоритму сигнал управления дросселирующим электрогидрораспределителем 8. Регулирование скорости перемещения нагрузки обеспечивается за счет изменения гидравлического сопротивления дросселирующего электрогидрораспределителя 8, которое приводит к изменению расхода рабочей жидкости, поступающей в исполнительный гидродвигатель 6, при этом часть жидкости переливается через переливной клапан 2.

При описании работы ЭГСУ целесообразно рассмотреть случаи, когда вектор-момент нагрузки направлен встречно вектору скорости гидродвигателя и когда знак вектора момента нагрузки совпадает со знаком вектора скорости гидродвигателя (попутная нагрузка).

В первом случае, при появлении электрического сигнала от блока задания скорости 7 блок управления 5 в соответствии со знаком скорости формирует команду включения одного из электромагнитов релейного гидрораспределителя 3 (например, подъем), а также вырабатывает сигнал управления дросселирующим электрогидрораспределителем 8, который обеспечивает переменное гидравлическое сопротивление, плавно изменяющееся от максимального (закрытый гидрораспределитель) до минимального (открытый гидрораспределитель), формируя плавный разгон в соответствии с заданным алгоритмом. При достижении максимальной скорости дросселирующий электрогидрораспределитель 8 полностью открыт, при этом потери энергии незначительны. Для обеспечения режима торможения с блока управления 5 подается сигнал на частичное закрытие дросселирующего электрогидрораспределителя 8, при этом часть подачи насоса 4 переливается через переливной клапан 2 в гидробак 1, создавая сеть давления, а объект перемещается со скоростью, соответствующей величине гидравлического сопротивления дросселирующего гидрораспределителя 8 и перепаду давления на нем.

При поступлении команды на опускание инерционной нагрузки (режим попутной нагрузки) блок управления 5 формирует команду на включение другого электромагнита релейного гидрораспределителя 3, а также сигнал управления дросселирующим электрогидрораспределителем 8, который пропорционально сигналу изменяет гидравлическое сопротивление, тем самым задавая режим разгона. При достижении инерционной нагрузкой скорости, соответствующей подаче рабочей жидкости, создаваемой насосом 4 с учетом рабочего объема гидродвигателя, дросселирующий электрогидрораспределитель 8 полностью не открывают, создавая необходимый гидравлический подпор с целью недопущения несанкционированного перемещения нагрузки.

Экспериментальные испытания электрогидравлической системы в составе стенда, имитирующего подъем и опускание инерционной нагрузки, подтвердили надежную работу электрогидравлической системы управления.

Кроме того, заявляемая электрогидравлическая система управления обладает достоинством с точки зрения обеспечения техники безопасности, поскольку при отказе насоса 4 или его приводного двигателя не происходит неуправляемого перемещения нагрузки вследствие запирания канала слива гидрозамка 9, а размещение его непосредственно на исполнительном гидродвигателе 6 делает систему более безопасной в случае повреждения гидролиний, соединяющих релейный гидрораспределитель 3 и полости исполнительного гидродвигателя 6. Применение широко распространенных и доступных элементов делает такую структуру экономически выгодной по сравнению с приведенным аналогом, а также позволяет проектировать привода данного функционального назначения любой мощности при сохранении приемлемых массогабаритных характеристик элементов управления.

Электрогидравлическая система управления, содержащая гидробак, исполнительный гидродвигатель, блок управления, блок задания скорости, трехпозиционный гидрораспределитель, насосную установку, при этом первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, выход блока задания скорости соединен с входом блока управления, выход насосной установки гидролиниями соединен с напорным входом релейного гидрораспределителя, вход насосной установки соединен с гидробаком, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с первым входом исполнительного гидродвигателя, отличающаяся тем, что в нее введены переливной клапан, дросселирующий управляемый электрогидрораспределитель, гидрозамок, причем в блок управления введен каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем, а насосная установка выполнена в виде нерегулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности, вход переливного клапана соединен с выходом насоса постоянной производительности и гидробаком, выход переливного клапана соединен с входом насоса постоянной производительности, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с управляющим входом гидрозамка, сливная линия релейного гидрораспределителя гидролинией соединена с гидробаком, второй выход релейного гидрораспределителя соединен с входом дросселирующего электрогидрораспределителя, выход управляемого дросселирующего электрогидрораспределителя соединен с входом гидрозамка, выход гидрозамка соединен со вторым входом гидродвигателя, третий выход блока управления соединен с управляющим входом дросселирующего электрогидрораспределителя.